Способ определения параметров разогрева рудно-термической печи после простоя

 

Сущность изобретения заключается в том, что основной электрический параметр для разогрева печи - ток определяется в зависимости от теплового состояния ванны и самоспекающегося электрода перед включением печи. Тепловое состояние печи определяют по изменению температуры футеровки с момента остановки печи до ее включения, а температуру рабочего конца электрода за этот же период определяют по температуре стенки ванны и разности температур электрода и футеровки, определяемой величиной термо-ЭДС, измеренной в цепи "электрод-земля". Температура электрода используется в качестве контролируемого параметра для поддержания теплового состояния печи на определенном уровне и при достижении ею величины ниже допустимого значения печь периодически включают для подогрева. По отношению фактической и заданной температуры электрода корректируют величину тока разогрева. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области электротермии, в частности к эксплуатации фосфорных, карбидных и других рудовосстановительных печей, и предназначено для повышения надежности работы самообжигающегося электрода при длительных простоях и дальнейшего пуска печи.

Практика работы рудовосстановительных электропечей большой единичной мощности свидетельствует о том, что надежная, безаварийная работа самообжигающихся электродов определяет электрический и тепловой режимы печей, ее производительность, удельный расход электроэнергии и другие технико-экономические показатели электропечи.

Большая часть (до 80%) обрывов электродов происходит после простоев печей и вызваны они термическими напряжениями, возникающими в теле электрода при длительной остановке печи.

После простоев печи, вызванных, например, планово-предупредительным ремонтом, отсутствием шихты или электроэнергии и т.д. электропечь некоторое время работает в режиме разогрева, когда ее постепенно выводят на номинальную мощность. Если печь сразу включить на номинальную мощность, то в результате возникновения термических напряжений из-за быстрого разогрева появляются трещины в теле электродов, которые в конечном итоге и приводят к их облому или обрыву.

С другой стороны, при заниженной оценке теплового состояния ванны время выхода печи на рабочий режим будет больше необходимого, что ухудшает технико-экономические показатели работы печей.

На практике на всех производствах фосфора, карбида, ферросплавов и т.д. работающих с применением руднотермических печей, существуют графики постепенного набора мощности после простоя, причем время разогрева и вывода на рабочую мощность зависит от длительности простоя.2 Так, в книге В.В. Кашкуль, А. Г. Гриншпунт и И.И. Люборец "Передовой опыт эксплуатации рудовосстановительных электропечей". М. Металлургия, 1988, с. 42 43, в табличной форме приведена зависимость продолжительности разогрева, причем после длительного простоя печь включается на нижней ступени напряжения трансформатора с целью получения минимально возможного тока.

Недостаток известного способа отсутствие критерия определения начального тока разогрева печи, поэтому возникает опасность обрыва электрода из-за неоптимального выбора режима разогрева.

Кроме того, при кратковременных простоях печи необходимо учитывать то, что температурное поле внутри самоспекающегося электрода неравномерное. Так, разница температур в центре электрода и на периферии холодной и горячей сторон составляет соответственно 100 200^oC. При интенсивном режиме разогрева за счет этой разницы в электроде появляются трещины, которые в дальнейшем приводят к обломам электродов и развитию дугового режима и, как следствие, к ухудшению технико-экономических показателей работы печи.

Известен способ эксплуатации электродов, когда перед остановкой печи на ППР (планово-предупредительный ремонт), в соответствии с которым снижают рабочую мощность за 6 12 часов до остановки печи, чтобы уменьшить температуру электрода и перепад между центром и поверхностями электрода, причем соотношения скорости изменения температуры поверхности электрода и его центра в пределах 1 1,5.

Это достигается плавным изменением плотности тока в электродах со скоростью 0,3 0,7 а/м³ в час, т.е. при отключении печи токи электрода составляют всего 35 40% I^н (номинального тока). Кроме того, в течение двух суток до остановки печи укорачивают электроды на 600 800 мм с последующим перепуском их на ту же величину перед ее отключением. Одновременно уменьшают количество воздуха, подаваемого на обдувку и расход воды на охлаждение контактных щек (М. И. Гасик, В.В. Кашкуль, В.Ф. Лысенко и др. "Оптимизация работы самообжигающихся электродов токомощных рудовосстановительных электропечей". Тезисы докладов IV Всесоюзного научно-технического симпозиума "Параметры рудовосстановительных электропечей, совершенствование конструктивных элементов и проблемы управления процессами". М. Информэлектро, 1987 г. с. 60 61.

К недостаткам этого способа можно отнести: способ можно применять только перед остановками на ППР, т.е. плановыми, но во время эксплуатации печей очень много внеплановых простоев; уменьшение нагрузки позволяет уменьшить перепад температур в электроде, но не способствует коксованию его при увеличенном перепуске перед остановкой печи и снижает выпуск целевого продукта.

На практике проблема пуска печи после длительного простоя ее усугубляется тем, что при длительном простое печи возможно такое переохлаждение ванны печи, что при включении ее фазы не "схватываются", т.к. образовались "козлы". В этом случае приходится прибегать к специальным мерам, например загрузке кокса, перемещению электрода, стремясь разрушить слой расплава, что может привести к его облому.

Для поддерживания расплава в жидком состоянии, т.е. обеспечения соответствующего уровня проводимости расплава, на практике прибегают к двум способам: периодическое включение печи на минимальной мощности; вообще не отключают печь и она продолжает работать на минимальной мощности 5 10 МВт (в зависимости от номинальной мощности печи).

В первом случае такое включение носит субъективный характер, т.к. отсутствуют критерии момента включения и отключения печи, гарантирующие нормальный пуск печи, а во втором случае непроизводительная трата электроэнергии ухудшает технико-экономические показатели работы печи. Известен способ, изложенный в книге Гасик М.И. "Самообжигающиеся электроды рудовосстановительных электропечей". М. Металлургия. 1976 г. с. 304 305.

Сущность способа заключается в том, что для успешной работы печей во время разогрева их после длительного простоя необходимо придерживаться следующего графика набора токовой нагрузки. Для первых пяти часов разогрева печи токовая нагрузка (I_pA) в момент времени после включения выражается формулой: I_р=0,15I_н (1) в последующее время: I_р=(0,6-0,8)I_н+0,05I_н(-5) (2) где I_н номинальная сила тока.

Недостатком его является то, что в данном способе не находят отражение мощность, с которой работала печь перед остановкой, а также количество потребленной электроэнергии между простоями. В то же время это имеет существенное значение, поскольку от них зависит тепловое состояние ванны, т.е. температура реакционной зоны и электродов.

При большой потребляемой мощности средняя температура электродов в момент остановки печи будет выше, чем при работе печи на пониженной мощности. Естественно, что в первом случае при одинаковой продолжительности простоя пусковой ток может быть выше, чем во втором. Однако это не отражено в расчетной формуле и в обоих случаях пусковой ток одинаков. Тем самым на печи с более высокой температурой ванны и электрода затягивается период разогрева, что сопровождается снижением производительности печи.

Кроме того, действие расчетных формул ограничено диаметром электродов 1100 1200 мм, в то время как размеры электродов в настоящее время колеблются в широких пределах: от 900 до 1700 мм. Это позволяет применять предложенные формулы для печей с другими, кроме названных, диаметрами, т.е. при других типоразмерах печей. Наиболее близким по достигаемому результату является техническое решение, защищенное патентом РФ N 2009422, кл. F 27B 3/28.

В соответствии с этим способом измеряют термо-ЭДС в цепи "электрод-земля" в момент отключения печи и контролируют ее изменение в период простоя, причем по характеру изменения определяют тепловое состояние ванны и электрода, а ток электрода при включении печи после простоя определяют из выражения: I_p K I_н Е_ф/E_min,
где I_p первоначальный ток электрода (ток разогрева), кА;
Е_ф, E_min фактическое и минимально допустимое значение термо-ЭДС в цепи "электрод-земля", mB;
K коэффициент, зависящий от типоразмера печи и полученного продукта.

Минимально допустимая термо-ЭДС определяется предварительно для конкретной печи по экспериментальной зависимости вида:
E=A₁e^B2
где время простоя печи, мин;
А₁, B₂ эмперические коэффициенты, определяемые статистическим методом.

Кроме того, при достижении фактического значения термо-ЭДС во время простоя минимально допустимого значения для конкретной печи печь включают, а после потребления ею заданного количества электроэнергии отключают.

Это изобретение основано на том, что ранее было установлено наличие ЭДС, после остановки печи, т.к. продолжается химическое взаимодействие углерода электрода с фосфатно-кремнистым расплавом, в результате чего в цепи "электрод-земля" возникает ЭДС, имеющая направление от электрода к земле и определяемая уравнением Нернста:
E=RT/nF
Однако, только наличием Нернстовского потенциала нельзя объяснить величину ЭДС в цепи "электрод-земля", т.к. присутствует также термогальванический эффект, т. е. стремление к выравниванию температуры между различно нагретыми однородными контактами электрод-электролит (углеродистый электрод материал, заполняющий ванну, и углеродистая футеровка тот же материал, т.е. фактически имеются два термогальванических элемента, которые влияют на значение измеренной ЭДС).

Учитывая, что перед остановкой печи основная масса шлака сливается, то практически при относительно длительных простоях температура расплава и футеровки выравнивается и поэтому термо-ЭДС второго гальванического элемента (расплав футеровка) стремится к нулю.

Таким образом, на величину термо-ЭДС во время простоя влияет в основном характер изменения температуры электрода и футеровки печи, причем, учитывая большую инерционность футеровки, можно предположить, что при длительных простоях после выравнивания температуры электрода и футеровки скорость охлаждения их выравнивается, но в начальный период скорость охлаждения электрода несколько выше, чем футеровки. Этим и объясняется нелинейность изменения величины ЭДС при остановке печи и, если бы не было бы периодического включения печи, то термо-ЭДС стала бы равной нулю, а возможно, при очень длительных простоях даже стала бы отрицательной, т.е. полярность поменялась бы, а это означало бы тот факт, что температура футеровки выше температуры рабочей части электрода. Таким образом, величина ЭДС, измеряемая в цепи "электрод-земля", с момента остановки печи фактически соответствует не температуре рабочего конца электрода, а разнице температур электрода и футеровки печи.

Отсюда следует вывод, что при очень длительных простоях (сутки и более при нормальной работе печи) ток разогрева в момент включения печи, определяемый по прототипу, не гарантирует надежность работы самоспекающегося электрода.

Наиболее надежной характеристикой является температура рабочего конца электрода в момент включения печи.

Периодическое включение печи на холостом ходу позволяет практически поддерживать разницу температуры между электродом и футеровкой, т.е. такое искусственное положение, когда температура электрода выше температуры футеровки, но это не обеспечивает достоверной оценки состояния электрода. Кроме того, определение минимального значения ЭДС для конкретной печи требует значительного времени и трудозатрат, а каждое дополнительное включение печи снижает срок службы переключающего устройства печного трансформатора (ПСН), т.к. количество переключений его ограничено.

Технической задачей предлагаемого изобретения является более достоверное и точное определение параметров разогрева печи после простоя, независимо от длительности его.

Технический результат достигается за счет того, что в известный способ определения параметров разогрева руднотермической печи после простоя, включающий измерение величины термо-ЭДС в цепи "электрод-земля" в момент отключения печи, контроль изменения ее в период простоя путем сравнения с заданным значением параметра, характеризующего тепловое состояние ванны печи, и по полученным значениям определение режима разогрева печи, внесены некоторые изменения и дополнения, а именно: измеряют температуру футеровки печи; определяют температуру внутренней поверхности футеровки с учетом содержания P₂O₅ в шлаке и модуле кислотности (М_k) его в момент остановки печи и во время простоя; по измеренной термо-ЭДС в цепи "электрод земля" определяют разность температур между электродом и футеровкой; по полученным значениям определяют температуру рабочего конца электрода; с учетом отношения фактической и заданной температуры электрода определяют величину первоначального тока разогрева.

Дальнейший пуск печи осуществляют в соответствии с разработанными графиками, таблицами или по заданию технолога.

На практике достоверного метода определения температуры рабочего конца электрода на работающей печи не существует и обычно о тепловом состоянии самообжигающегося электрода судят по косвенным параметрам (температуре под сводом печи, длине рабочей части электрода, температуре сливаемого шлака, средней рабочей мощности печи и т.д.)
Известны методы оценки теплового состояния самообжигающегося электрода, т. е. определения температурных полей в теле электрода, которые основаны на зондировании его с помощью термопар (Гасик М.М. "Самообжигающиеся электроды рудновосстановительных печей". М. Металлургия, 1986 г).

Известны также способы определения температуры конца стартовых электродов, т. е. коксование электрода при первоначальном пуске печи или после проведения капремонта (Кашкуль В. В. Розенберг В.Л. Величко Б.Ф. и др. "Исследование температурных полей самообжигающихся электродов печи РП3-63И1 при выплавке силикомарганца", сб. Физико-химические процессы в электротермии ферросплавов, М. Наука, 1981 г. с. 208 211).

Сущность способа заключается в том, что хромель-алюмелевые термопары, футерованные алундовой соломкой, помещают в стальные трубы, которые жестко крепят к стенке и ребрам кожуха. Нижние концы труб герметично заглушены. При пуске печи после капитального ремонта рабочие концы термопар в трубах устанавливают в стартовой секции кожуха и по величине термо-ЭДС определяют температуру в электроде и корректируют режим коксования его и разогрев печи.

На печах, находящихся в эксплуатации, термопары обычно сгорают вместе с трубами, в которых они размещены, не доходя 1 1,5 м до торца электрода. Другие способы определения теплового состояния электрода, аналогичные вышеописанным или отличающиеся тем, что вместо температуры определяют другие параметры (сопротивление, проводимость и т.п.), изложены в обзорной информации (Автоматическое управление термическими электропечами, НИИТЭХИМ, М. 1977, с. 14 21). Все эти способы могут применяться только для определения зоны коксования, в научных исследованиях и при пуске печей на стартовых электродах.

Кроме тех причин, которые выше изложены, к недостаткам следует отвести сложность обслуживания самообжигающихся электродов, оборудованных такими установками, т. к. требуется (по мере сгорания электрода и обечаек) производить наращивание термопар, защитных труб и крепление их внутри электрода, поэтому должны предусматриваться особые меры безопасности, т.к. электрод находится под напряжением.

В отличие от трудностей, связанных с определением температуры рабочего конца электрода, измерение температуры футеровки с помощью термопар нашло широкое распространение не только на рудновосстановительных печах, но и на печах цветной и черной металлургии.

Замер производится промышленными термопарами, установленными в стеновых блоках футеровки на различную глубину от кожуха ванны, на высоте соответствующего оси шлаковой летки фурм (на этом уровне наблюдаются наибольшие разрушения футеровки), как правило в нескольких точках. Термопары, реагируя на изменение величины теплового потока, проходящего по футеровке, дают возможность с известной степенью точности определять температуру обследуемых участков футеровки ванны, а также косвенно судить о степени износа ее.

Результаты многочисленных исследований, проведенне многими организациями, в том числе и нашей, показывают, что при установившемся тепловом режиме на одной горизонтали футеровки имеет место линейное распределение температуры по толщине блоков. Отклонения от линейного распределения наблюдались только при переходном режиме, вследствие изменения теплового потока из-за изменения мощности печи.

Для определения температуры на внутренней стенке футеровки недостаточно только учесть поправку по глубине установки термопар, которую легко рассчитать известными методами, но следует считаться с тем, что между технологическими параметрами плавки и тепловым режимом футеровки имеется сложная и многогранная зависимость, для выявления которой необходимо большое количество статистических данных и соответствующая обработка их.

На основании математического анализа около 200 наблюдений, выполненных при различных режимах работы фосфорной печи РК3 48ф, были составлены уравнения регрессии, позволяющие, с 95% доверительным интервалом определять температуру на внутренней стенке футеровки печи. При этом было установлено, что между температурой футеровки и такими технологическими параметрами, как содержание P₂O₅ в шлаке и модуле кислотности (М_k) его, существует устойчивая вероятностная зависимость, а от изменения мощности печи она является слабой.

Это можно объяснить тем, что повышение содержания P₂O₅ в шлаке приводит к наличию низкоплавких легко текучих шлаков, способствующих процессу расплавления гарнисажной пленки, в результате чего нарушается тепловой режим работы футеровки и увеличивается ее износ, т.к. жидкий шлак контактирует с углеродистыми блоками футеровки. Влияет на эти факторы, но в меньшей степени, и M_k, т.к. от него зависит состав шлака.

Известно, что нормальный тепловой режим футеровки обеспечивается за счет гарнисажа, который должен обязательно существовать, что обеспечивает значительно более низкую температуру ее по сравнению с температурой шлака.

Уравнения регрессии были определены для двух точек: первая, расположена вблизи шлаковой летки ( 2 м от нее); вторая на достаточно большом расстоянии от нее ( 4 м от летки).

Учитывая, что у каждой печи две летки, наименьшее количество термопар составит четыре, но на практике их больше, и это позволяет более объективно судить о тепловом состоянии печи путем усреднения температуры, измеренной всеми термопарами, находящимися на тех же горизонтальной и вертикальной осях.

При определении температуры на внутренней поверхности ванны печи учитываются две поправки: инструментальная и по глубине футеровки (теплопередача). Инструментальная зависит от конструктивного исполнения измерения температуры и определяется на основании известных методов расчетным путем.

Для получения поправки по глубине футеровки можно использовать результаты практического изменения температуры футеровки, измеренной на уровне одной и той же зоны (шлаковой, углеродистой), но на различной глубине, а затем экстраполировать на внутреннюю поверхность ванны или использовать расчетные методы, в частности выражение

где Т_фв температура внутренней стенки ванны печи, ^oC,
Т'_ф средняя температура футеровки, измеренная на одной оси по глубине футеровки, т.е. ^oC,
q удельный тепловой поток, вт/м²,
который можно определить по разности температур, измеренной в различных зонах футеровки, аналогично изложенному в статье (Л.А. Каганович, Я.Б. Ольвовский, "Использование графоаналитического метода при выборе толщины футеровки и определении температуры на футерованных поверхностях", сб. Тр. ЛенНИИГипрохима. Л. 1984 г. с. 33 40) или расчетным методом:
q=Q/ts (4),
где Q количество теплоты, введенной в ванну печи, кВтч,
t время, ч,
S поверхность ванны печи, м²,
толщина футеровки, м (от внутренней стенки для точки измерения),
l_ф коэффициент теплопроводности футеровки, Вт/м, ^oC.

При определении удельного теплового потока надо исходить из следующих положений: количество теплоты, вводимое в ванну печи определяется количеством электроэнергии (W_y) кВтч, потребленной в процессе работы печи; торец электрода должен находиться на уровне углеродистой зоны (зоны реакции восстановления), поэтому учитывается только поверхность по высоте, соответствующая суммарной шлаковой и углеродистой зон; на основании исследований ("Методические рекомендации по определению распределения энергии в ваннах печей химической электрохимии". Авторы: Жилов Г.М. Валькова З.А. Тарасов В. А. и др. Л. 1985 г.) установлено, что в основном на эти зоны расходуется введенная в ванну печи полезная электроэнергия (90 95%), т.е. за исключением расхода на расплавление шихты. Для более точного определения толщины футеровки от точки измерения температуры до внутренней стенки ванны можно использовать данные об износе футеровки. При определении заданной (допустимой) температуры электрода исходят из температуры характерных точек для каждой зоны его, в зависимости от типоразмера печи и полученного продукта, т.е. его размеров, формы и т.п.

Исходя из того, что коксование самоспекающегося электрода происходит в диапазоне 400 600^oC, а при выходе из контактных плит 800^oC, то минимально допустимой температурой в характерной точке торца электрода для надежности его эксплуатации принимаем 800^oC, но для конкретных условий эта величина корректируется технологом.

Исходя из вышеизложенного, сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Перед остановкой печи осуществляют слив шлака, при этом отбирают пробу сливаемого шлака для определения содержания в нем P₂O₅ (C_k) и модуля кислотности (М_k), фиксируют количество потребленной печью электроэнергии за 6 часов (смена) до остановки печи, кВтч, определяют среднюю рабочую мощность (P_a) за этот же период, кВт, останавливают печь и подключают известное устройство для измерения ЭДС в цепи "электрод-земля", измеряют температуру футеровки с помощью термопар или другого датчика температуры, размещенных по периметру ее на высоте, соответствующей зонам - шлаковой и углеродистой, и фиксируют результат измерения на диаграмме самопишущего прибора, определяют начальную (в момент отключения) температуру стенок футеровки с учетом полученных значений C_k, P_a, M_k и измеренной температуры, т.е. по уравнению вида: T^o_фв=T_o+aC_к+bM_к+cP_а (4), (4),
где a, b, c эмперические коэффициенты, определяемые для конкретной печи на основании математического анализа базы данных, во время простоя печи периодически определяют температуру рабочего конца электрода по формуле:
T_э=T_фв+T, (5) (5)
где Т_э температура рабочего конца электрода, ^oC,
Т_фв приведенная температура внутренней стенки ванны печи, определяемая в период простоя печи по формуле:
T_фв Т_ф + П_и + П_т (6),
где Т_ф средняя температура футеровки, измеренная термопарами, ^oC,
П_и инструментальная поправка измерения, ^oC,
П_т поправка по глубине футеровки, определяемая с использованием формул 3 и 4 или экспериментальным методом,
T=K₁E, (7)
где T разность температур электрода и футеровки, ^oC,
Е величина термо-ЭДС, измеренная в цепи "электрод-земля", mB,
k₁ коэффициент пропорциональности для перевода ЭДС в градусы, ^oC/B,
сравнивают фактическую температуру рабочего конца электрода с заданной, если она равна или меньше заданной печь включают на холостом ходу и выключают после потребления ею 30 40 МВч электроэнергии или другого количества, определяемого технологом, перед включением печи определяют параметры разогрева печи по формуле:
I_p k₂I_н T_эф/Т_эз (8),
где I_p начальный ток (разогрева) электрода, кА,
I_н номинальный ток печного трансформатора, кА,
k₂ коэффициент, зависящий от типоразмера печи и полученного продукта, определяется "Инструкцией по пуску печи",
Т_эф/Т_эз отношение фактической и заданной (допускаемой) температуры электрода,
затем включают печь и осуществляют вывод на рабочий режим.

На основании того, что из известного уровня техники неизвестно использование температуры футеровки и величины термо-ЭДС, измеренной в цепи "электрод-земля" в период простоя печи для определения температуры рабочей части электрода, и выше приведенной совокупности существенных признаков для определения параметров разогрева печи после простоя, можно сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Применение предложенного способа не вызывает трудностей, т.к. измерение температуры футеровки для определения износа футеровки или других тепловых характеристик с целью конструктивного выполнения ее известны.

Измерение ЭДС во время простоя печи осуществляется с помощью устройства, описанного в прототипе. Измерение температуры на уровне углеродистой зоны необходимо по следующей причине.

Как уже выше упоминалось наибольший износ футеровки происходит в зоне шлаковой летки и вблизи ее из-за интенсивного движения расплава во время слива и поэтому возможна ситуация, когда гарнисаж в этой зоне отсутствует. В этом случае показания термопар, установленных по одной вертикальной оси в зоне шлака и углеродистой зоны отличаются значительно (50 100^oC), в то время, как при наличии гарнисажа они практически почти одинаковы. Для повышения точности определения температуры конца электрода среднюю температуру футеровки в этом случае надо определять только по показаниям термопар, расположенных на уровне углеродистой зоны.

Рассмотрим осуществление предложенного способа на следующих примерах.

Пример 1. Фосфорная печь типа РК3-72Ф или РК3-80Ф, которая имеет следующие геометрические размеры: диаметр электрода 170 см, диаметр распада электродов D_р 480 см, диаметр ванны D_в 1020 см, высота ванны H_в 565 см. Номинальный ток печного трансформатора 92,5 кА (максимально допустимый ток электрода 84,0 кА). Номинальная мощность соответственно: 73 и 80 МВт, а рабочая 65 68,0 МВт.

В соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта принято решение об остановке печи. Измерительные термопары размещали по периметру ванны печи через каждые 100 см, начиная от шлаковых леток на различную глубину футеровки (200, 400, 600 мм от кожуха печи). При слива шлака была отобрана проба для определения P₂O₅ в шлаке и модуля кислотности его. Расход электроэнергии за смену (за 6 часов до отключения печи составил 280 МВтч, т. е. средняя рабочая мощность составила 280:6 47 МВтч. После слива электроды заглубили, а переключатель ступеней после отключения печи поставили в положение 43 ступени, одновременно переключатель измерения термо-ЭДС в цепи "электрод-земля" в положение включено.

Результат анализа шлака следующий: С_k 1,45% M_k 0,84. Средняя температура самых глубоких термопар (их 3) на уровне шлаковой зоны - 680^oC, а на уровне углеродистой зоны 663^oC, т.е. защитный слой гарнисажа не разрушен. Первоначальную температуру стенки футеровки на уровне шлаковой зоны определяли по формуле (4), подставив в нее полученные значения и величины коэффициентов а, b, с для этой печи.

Во время простоя печи на самописцах фиксировалась температура, измеренная термопарами, и величина ЭДС в цепи "электрод-земля". Периодически, пусть через 2 часа, определяли температуру рабочего конца электрода. Показания термопар, находящихся на одной глубине футеровки, усреднялись.

В момент t₁ 2 часа после остановки средняя температура, измеренная на уровне шлаковой зоны соответственно была равна: 630^oC, 480^oC, 310^oC. Определяли температуру внутренней стенки футеровки по формуле 6, причем инструментальная поправка с учетом того, что термопара защищена от электромагнитных наводок металлической трубой 16 мм, составила 16^oC, а величина поправки на глубину футеровки определялась графоаналитическим методом по разности температур по глубине футеровки и оказалась равна 82^oC, тогда

Показания прибора, измеряющего ДВС в цепи "электрод-земля" 21 mv, что соответствует T 515^oC. Следовательно температура рабочего конца электрода:

В момент t₂= 4 часа после остановки печи были зафиксированы следующие показания: Т_ф 580^oC, тогда температура внутренней стенки:

ЭДС 16,5 mv, т.е. T 400^oC, тогда температура электрода

В момент t₃ 6 часов ППР закончился и нужно было включить печь, одновременно определив ток электрода при пуске печи.

Средняя температура футеровки, измеренная термопарой составила: 538^oC, П_и 16^oC, а П_т 76^oC (определялась графоаналитическим методом). Температура внутренней стенки футеровки: ЭДС 12,8 mv, т.е. T=312C,, т.е. Т_эф 932^oC.

Пусковой ток определялся из уравнения
I_э 0,2 Т_н T_ф/T_зад 0,288932/900 18,2 кА
900^oC заданная температура рабочего конца электрода. Через час токовую нагрузку увеличили до 0,5 I_н, т.е. до 45 кА, а еще через час до нормальной рабочей нагрузки 82 кА. Таким образом, через 2 часа после простая печь вышла на рабочий режим и электроды работали нормально.

Пример 2. Электропечь РК3-48М2 для получения фосфора была аварийно остановлена из-за выхода из строя системы гранулирования шлака. Данные печи: диаметр электрода d_э 140,0 см, диаметр распада электродов: D_р 400,0 см, диаметр ванны: D_в 780,0 см, высота ее: H_в 850,0 см.

Номинальная мощность печи: 48,0 МВт, рабочая 40 МВт. Номинальный ток электрода: 72,6 кА. Термопары расположены аналогично примеру 1. Перед остановкой печи производили выпуск шлака и опустили электроды. За 6 часов до остановки печи потребляемая энергия составила 190 МВтч, т.е. P_a 31,7 МВт, С_k 1,29, M_k 0,79. Средняя температура, измеренная термопарами наиболее заглубленными в футеровку на уровне шлаковой и углеродистой зоны, составила соответственно: Т_фср 690^oC и 600^oC, т.е. исходя из того, что на практике это свидетельствует о разрушении слоя гарнисажа в зоне шлаковой летки, поэтому расчеты температуры стенки ванны определяли по термопарам, расположенным на уровне углеродистой зоны. Температура стенки в момент отключения печи, вычисленная по уравнению 4, причем коэффициенты а, b, с для печи РК3 48ФМ2 соответственно равны: 39,8; 52; 1,82, тогда T'_фв T₀ + 39,8 C_k + 52 M_k + 1,82 P_a 600 + 39,81,29 + 520,79 + 1,8231,7 742,3^oC.

Также как и в примере 1 осуществляют измерение ЭДС в цепи "электрод-земля" и фиксацию результатов измерений самописцах. Через 6 (шесть) часов после простоя были получены следующие результаты: средняя температура футеровки T'_ф 432^oC, П_и 16^oC, П_т 86^oC, ЭДС 18 mv, т.е. T=435C.. Следовательно, температура рабочего конца электрода составит:
.

Еще через шесть часов после простоя печи были получены следующие результаты: Т_ф 374^oC, П_и 16^oC, П_т 82^oC, ЭДС 13 mv, т.е. T=328C, т.е. Т_э 800^oC. Так как, отношение между допустимой температурой электрода (для печи РК3-48Ф) и фактической равно 1,0, т. е. t=0, то устройство измерения ЭДС включит печь аналогично, как в прототипе, и после введения в печь энергии, равной 30 МВтч (по решению технолога), печь автоматически отключается. Величина ЭДС повысилась с 13 mv до 23 mv, а средняя температура, измеренная термопарами 440^oC. После вычисления T'_ф и Т_эф получили: T'_фв 536^oC

Через 20 часов после предыдущего измерения, когда температура составляла 740^oC, снова включили печь и ввели 30 МВтч электроэнергии. Через 48 часов после остановки печи на ремонт поступила команда на "включение печи на разогрев". При этом были зафиксированы следующие значения интересующих параметров: показания термопар: Т_ф 365^oC, T'_ф 467^oC, ЭДС 14,2 mv, т.е. Т 346^oC, тогда Т_эф 813^oC. Начальный пусковой ток определяется по формуле:
I_p k₂ I_н T_эф/T_эз 0,172,6813/800 7,40 кА
Этот ток соответствует плотности тока 0,5 А/см². Дальнейший подъем мощности производится в соответствии с существующим графиком разогрева печи и через 12 часов достигнута плотность 3,6 А/см², т.е. 55 кА.

Электроды работали нормально. Исходя из того, что температуры, измеренные термодатчиками, фиксируются на диаграмме самописца, то их обработка дает возможность получения дополнительной информации, а именно: определить скорость изменения температуры футеровки по глубине ее, что позволяет более точно судить о тепловом состоянии ванны; косвенным путем, сравнивая температуры, измеренные в соответствующих точках шлаковой и углеродистой зонах, судить о характере распределения гарнисажа по высоте ванны и т.п.

Преимуществом прелагаемого способа является более точное определение теплового состояния электрода (1,5 1,8 раз), что позволяет уменьшить количество включений печи, тем самым уменьшить расход электроэнергии и количество переключений переключателя ступеней напряжения (ПСН).

Из описания примеров в сравнении с реализацией способа по прототипу, т. к. ЭДС уменьшилось до 14 mv, печь включилась бы, хотя фактически температура электрода позволяла этого не делать.

Пример 2 еще более нагляден, т.к. при реализации способа по прототипу печь за 48 часов простоя включилась бы 4 5 раз, а при реализации предлагаемого способа всего 2 раза.

Кроме того, одновременно с определением температуры электрода осуществляется контроль за состоянием футеровки и наличием гарнисажа, предохраняющего футеровку печи от износа, а это позволяет технологу внести коррективы в режим разогрева печи после длительных простоев и ускоряет вывод печи на рабочую мощность, а также повышает технико-экономические показатели работы печи.

Следует учесть, что температура футеровки может измеряться не только термопарой, но и другими датчиками температуры.

Использование изобретения целесообразно на печах для получения фосфора и карбида кальция, т.е. печах химической электротермии.

Формула изобретения

1. Способ определения параметров разогрева рудно-термической печи после простоя, включающий контроль теплового состояния ванны печи и электрода, измерение и контроль изменения величины термоЭДС в цепи "электрод-земля" в момент отключения печи и в период ее простоя, периодическое включение печи при значении контролируемого параметра меньше допустимого и отключение печи после потребления ею заданного количества электроэнергии, определение первоначального тока разогрева и дальнейшее изменение электрических параметров по заданной программе, отличающийся тем, что дополнительно непрерывно измеряют температуру футеровки в нескольких точках ее, расположенных на разной глубине на уровне шлаковой и/или углеродистой зон, фиксируют ее в момент остановки печи и простоя, по результатам измерения определяют среднюю температуру внутренней стенки ванны Т_фc, определяют фактическую температуру рабочего конца электрода, которая используется в качестве контролируемого параметра, по формуле:
T_эф= T_фв+T,
где T = к₁E разность температуры электрода и ванны печи,°С;
Е значение термоЭДС в цепи "электрод-земля" в момент определения температуры электрода;
к₁- коэффициент пропорциональности,°С/В.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру футеровки в момент остановки печи определяют в зависимости от содержания P₂O₅ в шлаке, модуля кислотности его и количества потребленной печью электроэнергии за заданный период времени, например, по выражению:
T^о_фв= T_o+aC_к+вM_к+cP_a,
где Т₀ средняя температура футеровки, измеренная наиболее заглубленными термопарами, ^oС;
C_к остаточное содержание P₂O₅ в шлаке,
M_к модуль кислотности шлака;
P_а средняя рабочая мощность перед отключением печи за данный промежуток времени, МВт;
a, b, c эмпирические коэффициенты, определяемые для конкретной печи на основе статистического анализа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что о тепловом состоянии ванны печи судят по скорости изменения температуры футеровки в соответствующей зоне.